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首页>> news>> 2025年7月组内文献阅读汇报



文献标题:A Novel Chiral Metasurface with Controllable Circular Dichroism Induced by Coupling Localized and Propagating Modes


与天然手性材料微弱的光学响应相比,精心设计的手性超材料结构可产生数量级更强的手性效应,因而在超灵敏手性分子传感、超薄宽带圆偏振器和负折射率材料等领域极具应用前景。现有平面结构要么手性响应弱,要么需斜入射才能激发;且设计复杂、仅依赖局域模式,难以通过几何参数调控共振。研究内容:提出一种新型手性超表面,由蓝宝石基底上约100 nm厚的金膜中刻蚀纳米狭缝阵列构成,在可见到近红外波段展现出显著且可调的手性光学共振。该响应通过表面晶格共振(propagating mode)引入,并可通过调节晶格周期与狭缝长度实现精细控制。创新点:首次实验证实局域模式与传播模式耦合可显著增强并调控手性响应。文章结论:提出并实验验证了一种可调谐手性超表面,该超表面具有强( CD≈4 °)和窄线宽(≈36 nm )的本征手性光学响应,可在可见光范围内实现宽范围精细调控。CD峰的窄线宽使其在手性生物分子传感等方面具有潜在的应用价值。我们的策略首次突出了局域模和传播模之间的耦合,从而在设计最优手性超表面时提供了额外的自由度,并有效地提供了两个独立的"旋钮"实现大的调谐间隔,并在其内部进行微调。



文献来源: Wang, Z., Wang, Y., Adamo, G., Teh, B.H., Wu, Q.Y.S., Teng, J. and Sun, H. (2016), A Novel Chiral Metasurface with Controllable Circular Dichroism Induced by Coupling Localized and Propagating Modes. Advanced Optical Materials, 4: 883-888. 作者:Wang, Z., Wang, Y., Adamo, G., Teh, B.H., Wu, Q.Y.S., Teng, J. and Sun, H



报告人:王艺


文献标题: Broadband localization of light at the termination of a topological photonic waveguide 拓扑光子波导端口的宽带光局域化


拓扑光子学为实现鲁棒的光传输和光场调控提供了新范式。然而,传统拓扑波导的光局域化通常依赖窄带谐振腔或非互易性材料。本研究通过谷自由度(valley DOF)近守恒和对称性保护,在互易性拓扑波导端口实现了宽带光局域化(覆盖6 THz),突破了传统机制的带宽限制。研究内容基于谷霍尔效应光子晶体(VPC),在Zigzag终止端口保持晶格C3对称性,抑制背向散射(intervalley scattering),表面模带隙(Surface mode gap):设计终止区使两个VPC-普通光子晶体(PhC)界面的表面模带隙重叠,阻断光能沿侧向逃逸,迫使光能局域在端口。增强效果在表面模带隙(surface mode gap)内持续存在(194–200 THz),最大增强位于带隙上边缘。创新点一通过对称性保护而非谐振腔,实现宽带光场增强(非传统Fabry-Perot效应)。创新点二首次实验证实谷自由度的近守恒可抑制背向散射,为拓扑光子器件设计提供新思路。文章结论为该研究通过对称性保护的谷自由度近守恒,首次实验实现拓扑光子波导端口的宽带光局域化(520 nm热点内增强15倍,带宽6 THz),为片上光操控提供了非共振新机制。启发在于确实提出了一个非共振新机制,不同原理机制的组合设计有利于我进一步理解谷拓扑。

文献来源: Science Advances (Vol. 11, 2025). 作者:Daniel Muis¹†、Yandong Li²†、René Barczyk³、Sonakshi Arora¹、L. Kuipers¹*、Gennady Shvets²*、Ewold Verhagen³



报告人:付子怡

文献标题: A Purcell-enabled monolayer semiconductor free-space optical modulator 《一种基于Purcell的单层半导体自由空间光调制器》


过渡金属二硫属化物(TMDC)具有独特的电子和光学特性,有望用于空间光通信、光学相控阵等领域,但TMDC单层中的激子共振随温度升高而减弱,限制了其在室温的应用。本文研究利用可产生表面等离子激元的衬底,提高了单层二硫化钨的相干激发激子辐射衰减率,实现室温下电光调制。研究内容1:通过设计光子结构,利用Purcell效应增强激子的辐射衰减率,从而提高光调制效率。使用纳米图案化的银栅极垫来增强WS₂单层中的激子辐射衰减率。 研究内容2:通过电学调控实现对激子共振的开关控制,从而实现光调制。创新点:利用Purcell效应显著增强激子的辐射衰减率,这是首次在二维半导体材料中实现这种增强,为提高光调制效率提供了一种新的方法。通过纳米图案化的银栅导模,实现了对激子共振的增强和调控通过改变银栅极垫的设计,实现了对光束的动态控制,如光束转向功能。这种动态控制能力为光子设备的应用提供了更多的可能性。文章结论:通过Purcell效应增强激子的辐射衰减率,可以显著提高光调制效率。该设计不仅提高了调制效率,还实现了动态光场控制。这种光调制器在室温下工作,为实现高性能光子设备提供了一种新的方法。启发:通过纳米结构设计实现动态光场控制,为光学通信、光学相控阵、图像处理和光学神经网络等应用提供了新的技术手段。



文献来源:nature photonics 作者:Qitong Li  , Jung-Hwan Song  , Fenghao Xu  , Jorik van de Groep  ,Jiho Hong , Alwin Daus  , Yan Joe Lee  , Amalya C. Johnson  , Eric Pop  , Fang Liu  & Mark L. Brongersma 发表日期: 2023



报告人:胡楠楠

文献标题: Etchless InSe Cavities Based on Bound States in the Continuum for Enhanced Exciton-Mediated Emission


背景: 铟硒(γ-InSe)因近红外直接带隙和高效载流子复合能力在光电器件中潜力显著,但其面外(OP)激子发光效率受限于弱光-物质相互作用。传统增强策略效果有限,且刻蚀工艺易损伤材料。研究内容:提出无刻蚀聚合物光栅腔,利用连续态束缚态(BIC)光子模式增强InSe激子发光。通过调节光栅周期调控BIC共振波长,实现:光致发光(PL)增强超200倍,室温下首次观测到激子-激子散射(P峰);二次谐波(SHG)增强404倍,损伤阈值达594.5 GW/cm²;拓展至柱状腔结构(PL增强240倍,SHG增强434倍)。创新点:无刻蚀工艺突破:聚合物光栅直接旋涂于InSe表面,避免刻蚀损伤,侧壁陡直;BIC模式高效耦合:电场局域于InSe层内,显著增强面外激子-光子相互作用;多功能调控:选择性放大激子发射或激子散射过程,实现室温强相干光源。文章结论:基于BIC的无刻蚀腔为InSe激子提供高效辐射通道,PL/SHG增强超200倍,激子-激子散射的室温观测为纳米激光器和量子光源开辟新途径。该设计可推广至其他纳米结构,助力先进线性/非线性光子器件。启发:BIC与二维材料的无刻蚀集成是增强弱光学响应的普适策略,可拓展至中红外器件设计;激子散射的低温阈值突破为紧凑型相干光源提供新思路。



文献来源: Advanced Materials DOI: 10.1002/adma.202500226 作者: Wenduo Chen, Song Zhu, Jieyuan Cui et al. 发表日期: 2025.2.18



报告人:刘高敬

文献标题:crystalStress-engineered ultra-broadband spectrometers 二次谐波生成应变工程超宽带光谱仪


微型光谱仪的开发对于科学、工业和消费领域的光谱数据应用至关重要。近年来,计算增强型光谱仪通过算法辅助设计实现了显著的微型化,但大多数应用需要覆盖从可见光到短波红外(SWIR)的宽光谱范围。然而,现有的微型光谱仪要么受限于物理特性,要么采用复杂、昂贵且难以大规模生产的制造技术,或者需要多个组件来覆盖不同的光谱部分。研究内容包括提出了一种基于形状记忆聚合物(SMP)的低成本、超宽带微型光谱仪设计,通过非光刻方法制造平面色散元件。利用形状记忆环氧树脂,通过温度控制的机械拉伸引入内部应力,制造出具有可调光谱特性的色散元件。将这些色散元件与商用互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器结合,通过算法重建光谱。实现了从400纳米到1600纳米的超宽带光谱覆盖,并展示了线扫描光谱成像能力。创新点一是首次利用形状记忆聚合物的内部应力工程来制造光谱仪的色散元件,实现了从可见光到短波红外的超宽带覆盖。创新点二是提出了一种线扫描光谱成像系统,能够快速获取二维图像的光谱数据。文章结论是该设计成功实现了从400纳米到1600纳米的超宽带光谱覆盖,具有高分辨率和良好的重建精度。在可见光和近红外范围内,光谱仪能够准确重建单峰和双峰光谱,并成功应用于卤素灯光谱的重建。通过线扫描光谱成像系统,能够快速获取二维图像的光谱数据,展示了光谱仪在实际应用中的潜力。启发在于该技术可扩展到其他波段,如中红外和太赫兹,为多波段光谱检测提供了新的思路。为开发便携式、可穿戴光谱仪和实验室芯片系统提供了可行的技术路径。



文献来源: Science Advances 11, eadu4225 (2025) 作者:Gongyuan Zhang, Tom Albrow-Owen, Wenjun Peng, Xin Liang, Xianming Zhang, Pan Wang, Dawei Di, Shurong Dong, Jikui Luo, Guo Wang, Hongfeng Mu, Qian Zhao, Xuhan Guo, Qi Jie Wang, Tawfique Hasan, Zongyin Yang



报告人:高恩博

文献标题:2D computational photodetectors enabling multidimensional optical information perception (二维计算光电探测器,实现多维光学信息感知)


随着环境监测、医疗成像与光通信等应用对信息维度需求的急剧提升,传统“分立式”光学系统已难以同时满足高空间、光谱、偏振及时间分辨率与超低功耗、微型化、实时处理的多重挑战;二维范德华材料因其原子级厚度、无悬挂键表面、可任意堆叠形成异质结而具备高迁移率、低噪声、强光-物质相互作用及可动态调控的能带结构,为在单一芯片上实现“感知-计算”融合提供了前所未有的材料平台,使下一代智能光电探测器成为可能。内容包括:文章系统梳理了基于二维材料的神经形态视觉传感器、计算型光谱仪与微型偏振计三类器件的最新进展——在强度维度,利用光诱导突触可塑性、非易失双极光电导和事件驱动脉冲机制,实现了静态图像去噪、HDR 自适应和动态运动轨迹的片上预处理;在光谱维度,通过栅压/偏压调控带隙与带阶,结合线性回归或深度神经网络反演,在400 nm–9 µm范围内以亚微米器件面积获得0.35 nm级分辨率;在偏振维度,借助转角二维异质结或二维-超表面耦合结构,配合机器学习算法,实现室温零偏下的全 Stokes 参数精准重构。创新点提出“材料-结构-算法”闭环优化路线,在单个微米级像素内完成传统需多台分立仪器才能完成的强度、光谱与偏振同步测量。文章结论为实验与理论共同证明,基于二维计算型光电探测器的“单器件多维感知”已具备等同或超越传统系统的精度与功能,并兼具微型化、低功耗与智能处理能力;未来若进一步扩展至紫外/中红外波段、提升动态范围、引入轨道角动量等更高维度信息,并借助晶圆级生长、3D异质集成与 AI 协同设计,将有望构建面向人工智能时代的超紧凑、全集成、安全光信息系统。启发在于多维光场可作为大容量、高安全性的信息载体。 研究。



文献来源:Nature Communications volume 16, Article number: 6791 (2025) 作者:Fakun Wang, Shi Fang, Yue Zhang, Qi Jie Wang



报告人:颜培烨

文献标题: Pseudo-spin switches and Aharonov-Bohm effect for topological boundary modes.


研究背景:电子和经典波系统的拓扑边界模式表现出迷人的特性。在光子学中,边界模式的拓扑特性使它们具有鲁棒,并赋予它们额外的内部结构——伪自旋。在具有破缺时间反转(TR)对称性的系统中,例如量子霍尔和霍尔丹拓扑相,人们获得了对缺陷和无序具有前所未有的鲁棒性的单向传输。不幸的是,在光学频率下,打破TR对称性以获得这样的拓扑相位是非常具有挑战性的。因此,另一种基于对称的方法在光子学中尤其富有成果。后者使一类受对称保护的拓扑系统由对称控制,通过这些系统,模式被赋予光谱简并,扮演合成自由度(dfs)的角色,被称为伪自旋和山谷点。虽然这些系统提供的鲁棒性仅限于一组保持对称的缺陷,但这些系统仍然表现出单向边界模式,相反的伪自旋模式在相反的方向上传播。 研究内容:研究人员引入了异质边界模式,它基于混合两种最广泛使用的拓扑光子学平台-伪自旋类霍尔和谷霍尔光子拓扑绝缘子。研究人员通过实验预测并证实,通过改变晶格几何形状来实现两者之间的转换,可以使边界态连续体同时携带伪自旋和谷自由度(dof)。当绝热应用时,这将导致伪自旋和谷极化之间的转换。这种演化产生了与合成规范场相关的几何相位,并通过硅芯片上的Aharonov—Bohm型实验证实了这一点。 创新点:在这项工作中,研究人员证明了拓扑光子晶体中由自旋和谷势组合产生的合成规范场能够实现一类具有可控制的伪自旋和谷极化程度的异质拓扑边界模式。这允许精确调制拓扑边界模式的辐射特性。沿着支持这种异质边界模式的畴壁的规范电位的平滑变化允许从自旋到谷的拓扑单向偏振转换器的实现,反之亦然,以及自旋和谷分量的无反射翻转。从而实现任意一种极化的单向X型量子门。



文献来源: Sci. Adv.10, eadn6095(2024). DOI:10.1126/sciadv.adn6095 作者:Yuma Kawaguchi, Daria Smirnova, Filipp Komissarenko, Svetlana Kiriushechkina, Anton Vakulenko, Mengyao Li, Andrea Alù, and Alexander B. Khanikaev 发表日期: 12 Apr 2024



报告人:罗猜


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